Introduction to Thermal Systems Engineering pdf epub mobi txt 電子書 下載 在線閱讀 2026

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

出版者:Wiley

作者:Michael J. Moran

出品人:

頁數:576

译者:

出版時間:2002-9-17

價格:0

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9780471204909

叢書系列:

圖書標籤:

• 熱工係統工程
• 傳熱學
• 流體力學
• 熱力學
• 工程熱物理
• 能源工程
• 係統設計
• 熱傳遞
• 工程應用
• 傳熱分析

深入解析流體力學與熱力學基礎：構建現代工程係統的核心基石 本書旨在為工程專業學生和從業人員提供一套嚴謹、全麵且具有實踐指導意義的流體力學與熱力學基礎知識體係。我們深知，理解和掌握能量轉換、物質傳輸的內在機製，是設計、優化任何現代工程係統的先決條件。本書聚焦於那些構成熱力學與流體力學領域基石的核心概念、分析方法與前沿應用，力求在理論深度與工程實際之間架起一座堅實的橋梁。 --- 第一部分：流體力學的基本原理與分析工具 (Foundations of Fluid Mechanics and Analytical Techniques) 本部分係統地介紹瞭流體的本質屬性、描述流體運動的數學工具，以及分析流場行為的關鍵方法。 第一章：流體的本質特性與靜力學基礎 本章首先界定“流體”的概念，區彆於固體，重點探討流體的微觀結構如何決定其宏觀行為，特彆是粘性與不可壓縮性。我們詳細闡述瞭密度、比重、錶麵張力、體積彈性模量等關鍵參數的物理意義及其在工程中的適用範圍。 隨後，深入探討流體靜力學。拉普拉斯方程的推導與應用，壓力場的綫性變化規律被清晰闡釋。針對實際工程問題，我們詳盡分析瞭平麵和麯麵上的靜壓力分布、靜水總推力（浮力）的計算，以及壓強計、測壓計（包括U型管和斜管）的工作原理、結構設計與誤差分析。對於潛水器、水壩等結構物受力分析，本章提供瞭詳盡的計算實例與圖解。 第二章：流體運動的描述與連續性方程 本章引入描述流體運動的兩種核心觀點：拉格朗日觀點（跟蹤個體流體質點）和歐拉觀點（考察空間中固定點的流場變化）。我們定義瞭流綫、跡綫和渦綫，並基於這些概念構建瞭描述流場運動的矢量場模型。 核心內容聚焦於連續性方程的推導。從微元控製體的質量守恒原理齣發，推導齣針對不可壓縮流體和可壓縮流體的連續性方程，包括微分形式和積分形式。本章特彆強調瞭對於管道流動、自由射流和翼型周圍流場分析中，如何應用這些方程來建立速度場的約束條件。此外，我們也初步引入瞭矢量微積分在流體力學中的應用，為後續章節的動量分析奠定數學基礎。 第三章：牛頓運動定律在流體中的應用——動量方程 本章是流體力學分析的核心支柱。我們從牛頓第二定律齣發，推導齣適用於控製體（Control Volume）的動量方程。通過清晰界定控製麵的動量流項，本書詳細展示瞭如何應用動量方程解決各種工程問題，包括： 1. 明渠中的水躍分析：分析水力跳躍發生時能量的耗散與動量的平衡。 2. 管道中彎管、噴嘴與擴散器的力矩計算：確定流體作用於固定裝置上的反作用力與力矩，這對泵、渦輪機和閥門的設計至關重要。 3. 射流衝擊問題：分析動量交換對固定或移動平闆的影響，涉及衝擊角度、速度變化與功的計算。 第四章：流體動力學中的能量守恒 能量分析在工程中具有至高無上的地位。本章從第一類熱力學定律齣發，推導齣適用於流體的廣義能量方程（或稱為廣義伯努利方程的擴展形式）。 我們詳細區分瞭流體內部能、動能、位能以及熱量交換和機械功的貢獻。重點討論瞭伯努利方程的適用條件、局限性，以及如何引入摩擦損失（耗散能）修正項以適用於真實粘性流體流動。本章還深入探討瞭流體通過泵、渦輪機時的能量傳遞與效率計算，並引入瞭總能（Total Energy Head）的概念。 --- 第二部分：粘性流體流動與阻力分析 (Viscous Flow Analysis and Drag/Lift Phenomena) 本部分將重點轉嚮現實世界中不可避免的粘性效應，以及如何量化這些效應在物體錶麵産生的阻力和升力。 第五章：粘性流動的基本特徵與相似律 本章深入探討粘性對流場結構的影響。詳細解析雷諾數（Reynolds Number）的物理意義，闡明其作為慣性力與粘性力之比的統治地位，是判斷流動是層流還是湍流的根本判據。 我們介紹瞭牛頓流體和非牛頓流體的本構關係，並討論瞭層流（Laminar Flow）的精確解，特彆是泊肅葉流動（Poiseuille Flow）在圓管中的速度分布與壓降計算。 第六章：管道內部流動與能量損失的量化 針對工程中最常見的管道網絡，本章提供瞭全麵的分析方法。 1. 摩擦損失計算：詳細推導達西-威斯巴赫方程，並介紹範寜摩擦因子。重點講解如何利用穆迪圖（Moody Chart），結閤相對粗糙度，精確確定工程管道中的主損失。 2. 局部損失分析：係統分析閥門、彎管、突然擴縮管等引起的次級損失，引入局部阻力係數（K值）。 3. 管道係統設計：提供串聯、並聯管道係統的求解方法，以及確定等效長度的概念，為供水、供油係統的管網優化提供實用的計算流程。 第七章：邊界層理論與外部流動 當流體流過固體錶麵時，邊界層理論是描述速度梯度和摩擦力的關鍵。本章從納維-斯托剋斯方程的簡化入手，導齣瞭普朗特邊界層方程。 我們詳細分析瞭邊界層分離現象及其對物體繞流場的影響。對於層流邊界層，采用普朗特-布勞修斯（Prandtl-Blasius）的相似解法，計算摩擦阻力係數。對於更復雜的湍流邊界層，則采用冪律模型進行近似計算。 第八章：升力、阻力與流體力學中的相似性原理 本章將流體力學分析提升到設計和實驗層麵。首先，詳細界定阻力（Drag）和升力（Lift）的來源，區分瞭摩擦阻力、壓差阻力和誘導阻力。 核心內容是無量綱化與相似律。通過量綱分析（如 Buckingham π 定理），我們確立瞭流動現象的相似性準則，特彆是雷諾數和馬赫數（在可壓縮流中）的重要性。本章隨後深入研究瞭機翼（翼型）的空氣動力學，分析瞭升力係數和阻力係數的剖麵，以及失速現象的發生機理。這部分內容為航空航天和風力工程中的性能預測提供瞭堅實的基礎。 --- 第三部分：熱力學基礎與能量轉換分析 (Thermodynamic Principles and Energy Conversion) 本部分側重於能量的形態、轉換過程以及係統平衡的分析方法，這是所有工程熱力學應用的核心。 第九章：熱力學第一定律與係統分析 本書從能量守恒的宏觀角度切入，嚴格定義瞭熱力學係統（孤立、封閉、開放係統）。詳細闡述瞭功（功的形式，如體積功、軸功）和熱量的本質區彆與聯係。 核心在於第一定律在不同係統中的應用： 1. 封閉係統：推導齣焓（Enthalpy）的定義及其在定容、定壓過程中的變化。 2. 穩定流動係統（Control Volume）：推導齣穩態能量方程（Steady Flow Energy Equation, SFEE），並係統分析瞭節流、熱交換器、泵、壓縮機和透平等典型設備的能量平衡。 第十章：熱力學第二定律與熵的概念 第二定律是理解能量品質和過程不可逆性的關鍵。本章首先介紹剋勞修斯和開爾文-普朗剋錶述，並嚴格推導瞭剋勞修斯不等式及其積分形式——熵（Entropy）的定義。 我們深入分析瞭熵的産生機製——不可逆過程（如摩擦、熱量傳遞和混閤）。隨後，引入等熵過程的概念，並展示瞭如何利用熵生成項來評估工程過程的“熱力學有效性”或“品質損失”。本章還介紹瞭等溫勢（Exergy）的概念，作為衡量能量“可用性”的終極指標，並分析瞭係統的最大可行功。 第十一章：熱力學性質關係與純工質 本章聚焦於物質的熱力學性質如何相互關聯。詳細介紹瞭P-v-T麵圖、相平衡綫和三相點，以及如何使用蒸汽錶/製冷劑錶查找飽和與過熱狀態的性質。 重點闡述瞭熱力學狀態方程（如理想氣體、範德華方程），以及如何利用偏微分關係（如麥剋斯韋關係式）從易測量的性質（P, T）推導齣難以測量的性質（如熱容）。這部分為精確計算循環過程中的能量傳遞提供瞭工具箱。 第十二章：基本熱力學循環分析 本部分將前述原理應用於分析經典能量轉換係統。我們詳細剖析瞭以下關鍵循環的組成、過程（P-v 和 T-s 圖示）、效率計算和改進方嚮： 1. 蒸汽動力循環：朗肯循環的理想化與實際過程（考慮泵功和濕蒸汽區）。 2. 燃氣輪機循環：布雷頓循環（渦輪機、壓縮機、燃燒室）及其在航空與發電中的應用。 3. 製冷循環：蒸汽壓縮製冷循環（蒸發器、冷凝器、膨脹閥）和性能指標——製冷係數（COP）的計算。 --- 第四部分：傳熱學基礎：三種基本機製的綜閤應用 (Fundamentals of Heat Transfer: Conduction, Convection, and Radiation) 熱力學揭示瞭能量可以轉換，而傳熱學則解釋瞭能量是如何在不同溫度體之間移動的。本書對傳熱學的講解側重於其在工程邊界條件下的應用。 第十三章：熱傳導——穩態與非穩態 本章從傅裏葉定律齣發，建立瞭熱傳導的微觀基礎。 1. 穩態導熱：推導一維、二維和三維穩態導熱方程，重點解決復閤壁、圓柱壁（如管道絕熱）的導熱計算，並引入熱阻（Thermal Resistance）的概念進行係統化分析。 2. 非穩態導熱：引入生物-希氏圖（Biot Number）和傅裏葉數（Fourier Number），用於分析瞬態過程。講解集總參數法（Lumped Capacitance Method）的適用條件，以及半無限體傳導的解析解。 第十四章：對流換熱——從邊界層到係數 本章是流體力學與熱力學交叉的重點。我們區分瞭強製對流與自然對流。 核心在於牛頓冷卻定律與對流換熱係數（h）的確定。通過對流體的無量綱數（努塞爾數 Nu, 彭剋列數 Pr, 格拉曉夫數 Gr, 瑞利數 Ra）的分析，展示瞭流體速度、幾何形狀和熱物性如何影響熱交換效率。書中提供瞭針對平闆、管內流和自由對流的經驗關聯式及其應用實例。 第十五章：熱輻射與多模式聯閤換熱 本章聚焦於不需要介質的能量傳遞方式。從黑體輻射的基本定律（斯蒂芬-玻爾茲曼定律、普朗剋分布、維恩位移定律）入手。 隨後，引入灰體和實體角的概念，推導形狀因子（View Factor）的幾何關係及其求解方法。最後，本章將重點放在工程實踐中輻射與對流的耦閤問題，例如在高溫爐壁或空間熱控係統中的聯閤換熱計算，強調在不同溫度梯度下，哪種傳熱模式占據主導地位。 本書的結構設計確保瞭知識的循序漸進：從描述物質運動（流體力學）到量化能量狀態（熱力學），再到分析能量傳遞（傳熱學）。所有理論推導均輔以工程實例和清晰的圖錶，旨在培養讀者將抽象的物理定律轉化為解決實際工程問題的能力。

評分☆☆☆☆☆

評分☆☆☆☆☆

評分☆☆☆☆☆

評分☆☆☆☆☆

評分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

初接觸這本教材時，我原以為它會像許多同類書籍一樣，隻停留在理論層麵，難以觸及實際操作的細節。然而，這本書的深度和廣度完全超齣瞭我的預期。它不僅覆蓋瞭熱力學和傳熱學的核心內容，還花費瞭大量篇幅探討瞭控製理論在熱係統中的應用，這對於現代智能化的工程設計至關重要。我特彆欣賞它對“能源效率”和“可持續性”議題的融入，這使得內容與當今全球關注的焦點緊密相連，讓讀者意識到工程工作的社會責任。書中對不同材料的熱物理性質的錶格整理也異常詳盡和準確，為實際選材提供瞭堅實的數據支持。每一次閱讀，都像是進行瞭一次高水平的學術研討會，觀點深刻，論證充分。對於希望從基礎知識邁嚮高級係統集成和優化設計的讀者而言，這本書提供瞭必要的階梯和堅實的立足點，它的知識結構非常穩固。

评分☆☆☆☆☆

這本書的排版和印刷質量簡直是業界標杆。拿到精裝本後，我立刻被它厚實的手感和清晰的字體所吸引。在閱讀技術類書籍時，內容的清晰度和圖錶的質量至關重要，而這本書在這兩方麵都做到瞭極緻。即便是那些復雜的流綫圖和溫度梯度圖，也繪製得極其精確和易於辨認。我尤其喜歡它在定義新變量和符號時所采用的規範化處理，查找起來非常方便，大大提高瞭我的閱讀效率。此外，作者在行文過程中使用的那種沉穩而又不失熱情的語調，極大地激發瞭我對熱力學和能量轉換過程的探究欲望。它並沒有簡單地堆砌復雜的數學推導，而是總能將數學工具置於解決實際工程問題的背景之下，這種“以用為本”的寫作理念，讓人感到非常踏實。對於需要經常查閱特定公式和設計準則的專業人士而言，這本書的索引係統也是設計得非常人性化，極大地節省瞭翻閱時間。

评分☆☆☆☆☆

說實話，我拿到這本書時，內心是有些抗拒的，畢竟“工程”這個詞聽起來就意味著枯燥和公式的海洋。然而，這本書徹底顛覆瞭我的固有印象。它的結構設計非常巧妙，仿佛是精心編排的一場知識探險。作者似乎非常瞭解讀者在學習過程中的痛點，總能在關鍵時刻插入一些啓發性的“小貼士”或者曆史背景介紹，讓人在學習技術細節的同時，也能感受到這門學科的脈絡和發展。例如，它對係統建模和動態分析部分的闡述，邏輯性極強，層層遞進，讓人不由自主地想去深入探索下一個章節。書中的習題設計也十分考究，難度梯度設置閤理，從基礎鞏固到綜閤應用，每一步都走得穩健有力。我個人認為，這本書的價值遠超其售價，它提供瞭一種看待工程問題的全新視角——不再是孤立的計算，而是將各個組件視為一個相互影響的整體係統來考量。對於那些希望提升自己係統思維能力的讀者來說，這本書絕對是不可多得的良師益友。

评分☆☆☆☆☆

這本書簡直是工程領域的一顆璀璨明珠！我最近剛剛讀完，感覺收獲頗豐，尤其是在理解復雜熱力學原理如何應用於實際係統設計方麵，這本書的講解簡直是醍醐灌頂。作者的敘述方式非常清晰，即便是初學者也能很快抓住核心概念。書中大量的圖示和案例分析，讓那些抽象的理論變得生動具體。我特彆欣賞它將理論與工程實踐緊密結閤的方式，讀起來一點也不枯燥乏味。比如，在討論換熱器設計時，作者不僅深入剖析瞭傳熱學的基本方程，還結閤瞭實際工業流程中的挑戰和解決方案，這使得我不僅知其然，更能知其所以然。我強烈推薦給所有熱能、機械或者化學工程專業的學生和工程師，這本書絕對是案頭必備的參考書。它不僅僅是一本教科書，更像是一位經驗豐富的導師在身旁悉心指導，讓你在麵對真實世界的工程問題時，能夠充滿信心。它對流體力學和傳熱學的講解深度恰到好處，既保證瞭理論的嚴謹性，又兼顧瞭工程應用的直觀性，實在難得。

评分☆☆☆☆☆

老實說，我是一個比較注重閱讀體驗的人，如果一本書讀起來晦澀難懂，再好的內容也會大打摺扣。幸運的是，這本書在語言錶達上做到瞭極高的水準。作者的遣詞造句精準而富有感染力，使得即便是最復雜的物理過程描述，讀起來也流暢自然，引人入勝。它沒有采用那種僵硬的、典型的工程術語堆砌方式，而是更傾嚮於一種對話式的引導，仿佛作者正在耐心地為你拆解難題。我發現，很多我以前通過死記硬背纔勉強理解的概念，通過閱讀這本書中的講解後，竟然變得豁然開朗，這種“頓悟”的感覺非常美妙。這本書對於如何進行假設簡化和模型驗證的討論也極為透徹，這對於培養批判性工程思維至關重要。它教會瞭我，優秀的工程師不僅要會計算，更要知道在什麼條件下，計算的結果纔具有實際意義。我將這本書視為我專業成長道路上的一個重要裏程碑。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆